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JPEG(扩展名 JPG)与 JPEG2000(扩展名为 J2K 或 JP2)不兼容-----两种不同的图片格
式。
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包括硬件、解码原理、文件系统(图形界面)等相关内容的详细信息。
1、 先复习、看懂图片显示实验------彻底弄懂解码原理。
2、 弄清代码,但不要求函数的实现过程。
3、 尝试修改代码。
4、 尝试平台移植。
5、 必须从理论到实践(源代码)充分学习,急于求成既不会成功还会浪费时间。
6、 充分理解并做到可以有所改进 , 可以作为论文发表 。
7、 必须达到或接近毕业设计水平--------包括软硬件(PCB 制版)。
、 文件数据分为文件头和图像数据两大部分,其中文件头记录了图像的版本、长宽、
采样因子、量化表、霍夫曼表等重要信息。所以解码前必须将文件头信息读出,以备图像
数据解码过程之用相同格式的不同图片编码方式也是有区别的,解码所需的
参数及查找表不同,压缩比例不同,具体视文件头信息而定。
、霍夫曼表是包含在文件中的,不同图片的霍夫曼表不同,压缩比例也不同。
8、 是一种与硬件设备无关的图像文件格式,使用非常广。它采用位映射存储格式,
除了图像深度可选以外,不采用其他任何压缩,因此, 文件所占用的空间很大。
文 件 的 图 像 深 度 ( 色 度 — 几位 色 ) 可 选 、 、 、 、 及
。文件存储数据时,图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。
9、 是 联合 图像 专家 组 ! 的缩写,文件后辍名为 ".
#"或".#",是最常用的图像文件格式,是一种有损压缩格式,能够将图像压缩在
很小的储存空间,图像中重复或不重要的资料会被丢失,因此容易造成图像数据的损
伤。格式压缩的主要是高频信息,对色彩的信息保留较好,适合应用于互联网,
可减少图像的传输时间,可以支持真彩色,也普遍应用于需要连续色调的图像。
10、 JPEG/JPG 需要解码,解码前必须将文件头信息读出,以备图像数据解码过程之
用。
11、颜色系统 YCrCb 向 RGB 转换。读取数据流中的 MCU--- 最小编码单元 (每个 MCU
又分为若干个数据单元。数据单元的大小必定为 8× 8) 并对其解码,将各 MCU 解码
后的数据正确排列成完整的图像。
12、 文件与文件有所不同$它把图片分成%、&、&三张子图$然后分别压
缩。'()编码(文件头给出的霍夫曼表----表在文件中且是不同的)
13、 图片信息包括文件头(类型,大小等基本信息)数据结构和信息(图像)数据结
构。
14、 DPCM差分脉冲调制编码(直流系数);RLE:*+&,行程编
码(交流系数)
15、 编码过程流程图。
编码过程流程图
16、 19、采样因子 Y、 Cr、 Cb(不是 RGB)为 4: 1: 1 或 1: 1: 1,亮度信号(Y)和色
差信号(Cr,Cb)。
17、 20、霍夫曼表(Huffman):包括码字、权值(编码和数值)
18、 解码的过程其实就是霍夫曼树的查找过程
19、 直流霍夫曼树权值表示该直流分量数值的二进制位数(该位数二进制数换算成十
进制即可)。
20、 交流霍夫曼树权值的高 4 位表示当前数值前面有多少个连续的零, 低 4 位表示该交
流分量数值的二进制位数(1 个直流分量和 63 个交流分量 )。
21、 JPEG 编解码和解码过程(简表)
编码过程 解码过程 对应编码!
色相变换(*——- YCrCb)
无损压缩:丢失色彩信息
色相变换---------%&&向* 转换
有损采样:Y 不变----仍然是每个像素用一个 Y,
每四个相邻像素使用相同的 Cr 和 Cb--压缩一
半。
DCT 无损变换正向 ./&0(色彩域转换到频率
域)
IDCT(频率域数值向时空域或色彩域转
换)
有损量化:把频率领域上每个成份,除以一个对
应于该成份的常数,且四舍五入取最接近的整
数。
反量化:64 个值逐一乘以对应的量化
表内位置的值即可。
Zi g- z a g 编码:“Z”字形编排,由矩阵 z 字形展开
成一行(仅仅是排列形式的变化)。
反 Zi g- z a g 编码:恢复成 1 矩阵
行程编码:无损压缩编码,针对数据相同的内容
会重复出现很多次的特点,用一种简化的方法来
记录这一串数字(DC 系数经过 DPCM 编码)
反行程编码:直流系数的差分编码:
DC =DC +Di
交流系数恢复成 63 个数据即可(此过
程比较简单)
Huffman 编码:数值编码对照表简化——> 查询
Human 编码表,得到最后的编码。
Huffman 解码:霍夫曼树(表)的查
找过程(也是查表过程)。
注:编码过程是从上到下,解码过程是从下向上的逆过程。
编码解码理论:
1、 编码、解码是互逆的过程,知其一则知其全部。
2、 编码(图像数据压缩)理论依据
压缩的常用依据及分类
() 灰度的不均匀性(不同灰度级出现的频率不同)---图像信息熵冗余------同样的
比特表示每一个灰度会产生冗余。解决办法------概率大的灰度级用短码表示,
概率小的灰度级用长码表示,避免都用长码表示----这样编码的总长度减少。
() 在变换域----频率分布不均匀(或能量分布不均匀),可以使用(1)中的办法
进行不等长度编码,避免都用等长的长码表示-------这样编码的总长度减少。
(3)图像时间空间上的相关性-------相邻的部分的相似性(大量存在缓慢变化)
空间冗余:空间上相邻像素相关性强------色彩空间有损取样和 即是如此。
频间冗余:频段上相邻谱段相关性强。
时间冗余:帧间画面相关性强。
(4)对图像质量要求低时-------可以降低分辨率和降低灰度级。
(5)压缩技术分类-----
有损编码:预测编码—DPCM(估计或计算)、变换编码-----DCT、其他编码。
无损编码:霍夫曼编码、行程编码、算术编码。
(6)霍夫曼编码:在色彩域和频域对出现概率大的信号分配较短的码字;对出现概率
小的信号分配较大的码字实现无损压缩(数据一位一位的压缩)。
编码具体的实现原理和方法
、 色相变换变换后仍然为色彩空间无损的变换(无压缩)
JPEG 压缩是有损压缩,但这个损失的部分是人的视觉不容易察觉到的部分,它充分利
用了人眼对计算机色彩中的高频信息部分不敏感的特点,来大大节省了需要处理的数
据信息。人眼对构成图像的不同频率成分具有不同的敏感度,这个是由人眼的视觉生
理特性所决定的。如人的眼睛含有对亮度敏感的柱状细胞 1.8 亿个,含有对色彩敏感
的椎状细胞 0.08 亿个,由于柱状细胞的数量远大于椎状细胞,所以眼睛对亮度的敏感
程度要大于对色彩的敏感程度 。
结论一-----需要色彩空间的转换:从 、、
结论 二 -----JPG 压缩只支持 Y、Cr、Cb,这是出于采样、量化等压缩的需要
、 有损采样------空间冗余 色彩或灰度的相关性强
Y、Cr、Cb 按 4:1:1 取样(色度有损,亮度无损)
颜色空间转换是有损采样:Y 不变----仍然是每个像素用一个 Y 值表示,每四个相
邻像素使用相同的 Cr 和 Cb(不压缩时是每个像素用一个 Cr 和 Cb)-- 4:1:1 取样
(不取样时 4 个像素占用空间为 4*3=12,取样后占用空间为 4+1+1=6)
结论-------------有损的采样使空间压缩一半;
、 DCT 变换------从色彩域转换到频率域无损变换
----------在频域分析是常用方法(例如傅里叶变换)
图像信号的频谱线一般在 范围内,而且一幅图像内,包含了各种频率的分量。
但包含的大多数为低频频谱,只在占图像区域比例很低的图像边缘的信号中才含有高频的
频谱。这个是对 图像压缩的理论依据。
因此具体的方法就是,在对图像做数字处理时,可根据频谱因素分配比特数:对包含信
息量大的低频谱区域分配较多的比特数,对包含信息量低的高频谱区域分配较少的比特
数,而图像质量并没有可察觉的损伤,达到数据压缩的目的----人的感觉上无明显失真。
、、、、、、、、、、、、、、、、、 公式或过
程、、、、、、、、、、、、、、、、、、
结论一、变换过程本身虽然并不产生压缩作用---- DCT 后的 64 个 DCT 频率系数与
DCT 前的 64 个像素块相对应,DCT 过程的前后都是 64 个点,说明这个过程只是一
个没有压缩作用的无损变换过程。
结论二、F(0,0) 是直流系数,其他 63 个系数为交流系数。
结论三、单独一个图像的全部 DCT 系数块的频谱几乎都集中在最左上角的系数块中,
DC 系数幅度最大,离 DC 分量越远,频率越高,幅度值越小,即图像信息的大部分集
中于直流系数及其附近的低频频谱上,离 DC 系数越来越远的高频频谱几乎不含图像
信息,甚至于只含杂波------频率分布不均匀。
4、量化-----主要的有损运算也是量化是图像质量下降的最主要原因
-------属于视觉冗余-------人的视觉特性对高频信息不敏感
量化过程:实际上是简单地把频率领域上每个成份,除以一个对应于该成份的常数,
且接着四舍五入取最接近的整数-------------------使用亮度与色度两张量化表。
频谱分布: 分量即频率为 的直流分量;离 分量越远为频率越高的交流分量。
-------量化是图像质量下降的最主要原因 压缩比最大。
整个量化的目的是减小非
系数的幅度 以及增加
值系数的数目 ,去除高频成分 。
-----量化表是控制 JPEG 压缩比的关键(采样也可以控制压缩比)-----压缩比。
-----人眼对亮度信号比对色差信号更敏感,因此使用了两种量化表----对 Y 分量采用细量化,
对 Cr、Cb 采用粗量化------亮度信号和色差信号的压缩程度应该不同。
------原来的值在进行量化并四舍五入后,无法再完整地恢复回去,因此这个量化处理过程
会造成一些图像的失真。
2、 Zi g- z a g 编码“Z”字形编排(矩阵展开成一行)------无压缩
(1)----------DC 直流系数有两个特点:一是系数的数值比较大,二是相邻 8×8 图像块的
DC 系数值变化不大---- JPEG 算法使用了差分脉冲调制编码()技术,对相邻图像
块之间量化 DC 系数的差值( Delta )进行编码。即充分利用相邻两图像块的 ( 相似 ) 特性,
来再次简化数据。
(2)--------AC 交流系数有两个特点:一是系数的数值比较小,二是交流分量中含有大量
而且是连续的 0 使用简单而直观的行程编码(RLE:Run Length Coding)对它们进行编码。
总结: 与 采用不同的编码方法分别编码( 和
)
6、行程编码-----无损压缩编码可以实现大幅度的数据压缩
--------交流分量中含有大量而且是连续的 0,便于使用行程编码
--------只有当内容的重复情况很多时才会有效否则可能适得其反
、 DPCM(差分脉冲调制编码)-------频间冗余—频域相邻图像相关性强
--------- 对相邻图像块之间量化 DC 系数的 差值 ( Delta )进行编码。即充分利用相邻两图
像块的 ( 相似 ) 特性,来再次简化数据 ------ 利用空间冗余:空间上相邻像素相关性强 。
>>直流 DC 系数代表一个 8*8 的像素块 64 个图像采样值的平均值。DC 系数有两个特点:
一是系数的值较大;二是相邻的 8*8 像素块的 DC 系数值变化不大。相邻的 8*8 像素块的
DC 系数具有很强的相关性,所以 JPEG 标准对 DC 系数采用差分脉冲调制编码法(DPCM)
进行编码,即不是直接对 DC 系数本身进行编码,而是对相邻 8*8 像素块之间的直流 DC
系数差值(Di)进行编码。其运算公式如下:Di_DC(i)=DC(i)-DC(i-1)
例如,两个相邻 DC 系数分别为 673 和 674,直接传输均需要 10bit,采用 DPCM
后传输仅需 10 bit 和 1 bit,从而起到压缩的目的。
、 霍夫曼编码关键所在重中之重难点
-----DC 与 AC 系数采用不同的霍夫曼编码表;亮度与色度需要不同的霍夫曼编码表,共使
用四张霍夫曼编码表。
-----RLE 与 DPCM 后的数据不用于存储,而是需要进一步编码,及使用霍夫曼编码。
-----霍夫曼编码就是对 RLE—-行程编码与 DPCM 后的数据进行编码-----编码的过程其实就
是查找霍夫曼表的过程。
原理:在色彩域或频域对出现概率大的信号分配较短的码字;对出
现概率小的信号分配较大的码字实现无损压缩(每位必剩)。
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资源评论
- flyskyseu2013-02-19很好,通俗易懂,要是能配上代码就更好了
zhangchengjkd
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